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專訪美國Crystal Screens銀幕Leo Katsenelenson博士,以奈米微鏡片科技實現120度超廣視角的2.5高增益抗光銀幕


從前年三月4K UHD BD在美國市場正式推出開始,近兩年來HDR(High Dynamic Range)「高動態範圍影像」就成為家庭影音最熱門的話題。在「電視機」領域來說由於畫面亮度高,很容易就能實現理想的HDR影像效果;但「投影機」受限於光源的光輸出強度,並不易在「亮」的部分展現HDR應有的高亮度性能。因此,近兩年有越來越多投影機玩家藉由搭配高增益銀幕,來提高投射在銀幕上面影像之亮度(包括本站的參考系統在內),雖說當前優質高增益銀幕Hot Spot熱點效應的缺點已改善不少,但可視角範圍往往就無法兼顧,而且增益越高就會使得可視角度範圍越小,甚至造成多人一起觀賞影片時的缺憾——難道無法有同時兼具廣視角性能的高增益銀幕嗎?

 

或許有人會覺得這是物理的天限,高增益銀幕必須將反射光線範圍縮小,以得到更高的畫面亮度,但如此無可避免就會讓範圍之外的亮度與對比大幅降低,那又如何兼得高增益與廣視角呢?如今,這個難題被美國Crystal Screens解開了!他家增益高達2.5的銀幕竟然能有120度的超廣視角,以家庭劇院銀幕設置的觀賞範圍來說,就等於是完全沒有可視角之問題;更高3.0增益的型號可視角達70度,也在一般高增益銀幕的兩倍範圍以上,同樣沒有觀賞範圍之限制。不只如此,Crystal Screens還具備優異抗光性能,沒有許多抗光幕扭曲色彩的弊病,在開燈觀賞的狀況下仍有不錯的對比與色彩呈現,而且它極薄的幕料可以像布匹般捲收,使得設置安裝十分便利輕鬆。為何Crystal Screens能夠突破「物理限制」?在其官方網站並沒有很詳細的技術說明,直到日前我們獨家專訪該公司的Leo Katsenelenson博士,才終於瞭解到Crystal Screens專利「奈米微鏡技術」(nano-lens technology)的奧秘所在!

 

Crystal Screens母公司Luminit是「控制光線」的專家

這位就是Crystal Screens銀幕的研發專家Leo Katsenelenson博士,當我詢問Crystal Screens的專利「奈米微鏡技術」要旨時,他立即再拿出他另一張Luminit公司的名片——原來Crystal Screens銀幕只是其母公司Luminit旗下十餘項產品類別之一,而且整體營業額只佔Luminit的一小部分,也只運用到Luminit「控制光線」技術的一部份。
成立於2006年的Luminit是光學擴散膜(Light Shaping Diffusers)的專家,客戶包括美國空軍、陸軍及NASA太空總署等,負責提供戰鬥機或太空人頭盔內抬頭資訊顯示技術方案,以及雷射量測儀器甚至是雷射導引飛彈等尖端科技運用。基本上,Crystal Screens銀幕可視為運用奈米微鏡技術,將數百萬個微小全息圖案(tiny holographic patterns)顯示在金屬化薄膜銀幕上的方式,來充分控制投影機投射到銀幕上光線的反射狀況,因此既能得到高增益、無熱點、寬廣可視角的優點,可以有效地排除環境光線干擾,又沒有一般多層塗佈高增益抗光幕導致色彩偏差的缺點!
這是Luminit官方網站首頁的模樣,標示著他家技術的主要特色,像是LED光線的變形(Transforming LED Light)、極佳的遮蓋力(Excellent Hiding Power)與精確的光線控制(Precise Beam Control)等。簡單地說,Luminit的光學擴散膜(Light Shaping Diffusers)相關技術能精準控制光線的擴散角度與方向,並在科技與生活等場合妥善運用。
這是Luminit官方網站底下的研發技術介紹網頁,左上角公司名稱下方可以看到「形塑光線到所需狀態」(Shaping Light as Needed)的標語,也可看到Luminit各項核心技術的說明及運用。
當光線透過Luminit的光學擴散膜時,可以精準地控制在各個方向的擴散角度,因此能夠使其展開為圓形、橢圓形或一直線,完全依所需的要求而定。
例如一排LED即使排列得再緊密,還是會有一顆顆光點呈現的不均勻狀況,此時只要蓋上Luminit的光學擴散膜(請見上圖左半部),底下LED光點的光線立刻就可橫向擴散連成一條線,不僅將所有LED發光的「熱點」(Hot Spot)消除,而且整條線的光度還十分均勻。
生活中的實際應用,最普遍能見到的就是汽車的尾燈、輔助燈與儀表板等,像是上圖所看到的煞車尾燈就能讓紅色LED無須排列十分緊密,透過Luminit光學擴散膜就可得到均勻美觀的紅色警示環視覺效果。
Luminit不僅能控制光線的擴散,還能夠讓光線「轉彎」!咦,光不都是直線前進的嗎?沒錯,但只要經過Luminit的光學轉向膜(Direction Turning Film)就能讓光線轉向,這有什麼用途呢?用處可大了。
像是大型客機的駕駛艙裡有許多儀表板,機長與副機長正前方必須有大片的玻璃窗,讓他們清楚看到飛機前方的景物,儀表板就只能裝設在前下方低處,且由於駕駛艙內空間狹窄,儀表板無法以大角度斜向上方對準機長眼睛,因此並不容易閱讀。但只要在其表面貼上Luminit的光學轉向膜,就可讓儀表板上的文字與圖像斜向上方轉向射出,如此機長與副機長就很容易判讀客機的飛行狀況。
在日常生活裡,也有「光學轉向膜」可以發揮所長之處,例如讓燈具射出的光線「轉向」,如此便可將燈具隱藏在天花板或牆壁裡,免除傳統燈具突出天花板下或牆壁上的狀況,讓居家空間更顯得清爽,上圖就是配合Luminit光學轉向膜讓燈具隱藏在天花板裡的示意圖。
如果將燈具埋在牆壁裡呢?上圖游泳池畔牆壁上的燈具就是一例,將其平整地與牆壁接合,只要貼上Luminit光學轉向膜就可將其投射的光線「轉向」投射至地面,既美觀又能有充足明亮的照明效果。
「全息光學元件」(HOE,Holographic Optical Elements)也是Luminit重要的光學技術之一,其較主要的運用就是戰鬥機飛行員或NASA太空人的抬頭顯示設備(HMD),Luminit能將「虛擬螢幕」成像在頭盔前面的空中,並且能偵測飛行員或太空人的眼球移動隨時改變位置。要知道戰鬥機飛行員在雲層上方執行任務時,陽光閃耀的狀況下其視野是非常明亮的,而太空人在面對與背對太陽時的明暗反差更大,Luminit必須在極大明暗範圍內都有清晰精準的成像,其光線控制技術之精準高超可見一斑。

 

Crystal Screens銀幕是Luminit光線控制技術之結晶

Luminit將其光線控制技術運用在投影銀幕,就是Crystal Screens的高增益、廣視角抗光銀幕製品。上圖是Crystal Screens刊登在官網的居家客廳實拍照片,在天花板燈光全開的明亮環境下,依舊有飽滿鮮明的畫面呈現,這就是由於精準光線控制技術可摒除非投影機投射而來之環境光線的驚人成效。
Leo Katsenelenson博士此次除了接受本站獨家專訪之外,也到Crystal Screens總代理「宏業國際」示範該廠固定框銀幕的安裝,Leo右手碰觸的就是包裝在泡泡紙內捲成一卷的Crystal Screens幕布。
在裝上幕布之前要先組裝好框架(請看上圖左側)。
再來就是裁切適當的幕布尺寸,攤平放置在框架底下固定(當然地板上要先鋪好泡泡紙以免弄髒銀幕)。
邊框有可以調整張力將銀幕繃緊的裝置。
大致組裝好之後,將銀幕立起做細微的銀幕張力微調,各位可注意一下Crystal Screens的固定框厚度有多薄。
組裝好的Crystal Screens固定框銀幕,照片裡看到的邊框是薄型的(另外還有較寬的形式可選),當投影機畫面投射其上時,視覺感受就像是一部超大尺寸的薄型電視機。
Crystal Screens銀幕的基底材質是金屬化薄膜,看起來就像是一面平滑的銀色鏡子(請看上圖框架內銀幕背面所顯示的環境反射影像),但其實在銀幕表面有利用奈米科技塗佈的數百萬個微小全息鏡片,除了集中反射來自前方的投影機投射畫面光線外,還能有效將來自其他方向的環境光線「彈開」,幾乎不會反射到銀幕前的觀賞範圍視線內。
Crystal Screens抵抗外光的能力有多強?看看這張官網公布的比對照片就知道。後方牆上懸掛的是一般投影銀幕,在銀幕前上方天花板照明開啟的明亮狀況下,該銀幕所呈現的畫面已完全喪失了明暗對比,整體是灰灰的一片,無法看清銀幕上所呈現的影像。但是,請瞧瞧該銀幕中右下方放置在架子上的一小塊Crystal Screens銀幕,卻能呈現優異的明暗對比、細節與精準色彩!Leo Katsenelenson博士說許多高增益抗光幕會有色彩偏差的缺點,那是由於多層塗佈所造成的,但Crystal Screens所使用的是奈米級的超微小鏡片,它們除了能精準控制光線進入後行進的方向,處理的「頻寬」更完整涵蓋人類的視覺範圍,因此不會對色彩有所扭曲。
實際看看Crystal Screens在「宏業國際」視聽室內的畫面表現,這是在銀幕左側正上方有明亮日光燈照明時所拍攝的照片,可以發現Crystal Screens呈現畫面受此環境光線影響的幅度相當小,明暗對比的損失不大,色彩呈現也沒有離譜的變化。如果用家想要「開燈看電影」,Crystal Screens確實是不錯的選擇。
在環境全黑的狀況下,Crystal Screens銀幕所呈現之畫面還能有更好的對比及色彩表現提升,當然更能滿足視聽玩家所追求的視覺饗宴標準了!Crystal Screens銀幕去年由「宏業國際」引進後,已經多次在台北的音響展裡公開展示,有興趣的朋友也可預約親臨「宏業國際」及其經銷商的視聽室體驗交流。

 

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